“數字珠江”基礎地理信息框架平臺構想

朱長富，高愛民

(1.中水珠江規(guī)劃勘測設計有限公司，廣東廣州510610;2.廣西大藤峽水利樞紐有限責任公司，廣西南寧530021)

一、背 景

隨著我國社會信息化建設的不斷深入，基礎地理信息作為一種重要的信息資源，越來越受到社會各界的普遍重視，日益得到廣泛的應用。流域信息化的建設也日新月異，珠江流域各水利部門根據自己的業(yè)務需求開發(fā)了不同的地理信息應用系統，在實際工作中發(fā)揮了很大的作用。但是，由于存在著基礎地理信息以及信息應用參差不齊、標準不統一、缺乏信息共享、缺乏統一規(guī)劃等問題，部門之間各自為政，分別安排相應的經費，進行地理信息數據的生產和信息系統的建設，很多工作是低水平上的重復，這不僅造成了寶貴資金的大量浪費，還導致了數據的相互矛盾，使得不同部門的系統之間不能進行互連和共享，嚴重阻礙著流域信息化的進一步發(fā)展。

為了解決上述問題，根據國家關于“加快國家基礎地理信息系統建設，構建‘數字中國’地理空間基礎框架”的政策，適時提出建設“數字珠江流域基礎地理信息框架平臺”的構想。

二、概 述

珠江流域基礎地理信息框架平臺采用4層架構體系，由運行支撐層、數據層、服務層和應用層組成。是基于SOA的全新的服務型地理信息系統，是位于珠江流域底層空間信息數據庫和珠江水利委員會各部門(企業(yè))上層應用信息系統之間的一種中間件(Middleware)，它一方面通過空間數據引擎(SDE)對珠江流域基礎地理信息數據進行統一采集、建庫和維護更新，以便為所有部門提供統一標準、統一內容的地理信息參考框架;另一方面又為珠江水利委員會各部門和企業(yè)的上層應用系統提供統一的運行和開發(fā)環(huán)境，包括統一的訪問平臺基礎地理信息數據的接口。在基礎地理信息平臺數據的框架體系結構之下，各部門的專業(yè)數據可以找到自己的準確地理定位，從而在基礎地理信息數據的基礎上對專業(yè)數據進行管理、維護和應用。“由以系統為中心向以數據為中心，實現空間數據共享與服務的轉變”的特點，是流域地理信息系統應用的最新發(fā)展方向，也是數字流域的核心。

三、關鍵技術

1.服務型GIS共享方式

服務型GIS，采用面向服務的軟件工程方法，在組件式GIS功能強大的組件群基礎上，把GIS的全部功能封裝為網絡服務，從而實現被多種客戶端跨平臺、跨網絡、跨語言地調用，并具備了服務聚合能力以集成來自其他服務器發(fā)布的GIS服務。

基于SOA的全新的地理信息系統頂層設計將會為“數字珠江”的建設帶來強大的生命力，并為各部門形成的信息孤島現象找到了治愈的良方。通過OGC標準等通用網絡服務接口，基于服務型GIS平臺開發(fā)的地理信息共享服務平臺，其發(fā)布的服務可以被其他GIS平臺使用或開發(fā)的應用系統集成應用，有利于充分利用業(yè)務部門已有的GIS平臺，從而降低了在信息化應用的成本。

2.目錄服務應用

目錄服務是建立在元數據之上，由客戶端和服務器所組成的多級系統。目錄服務的功能組成分為：發(fā)現、訪問和管理3部分。發(fā)現服務允許客戶端定位描述基礎地理數據的元數據;訪問服務提供客戶端獲取基礎地理數據共享數據集的服務;管理服務提供客戶端方法，來改變目錄中所包含的元數據。

3.空間服務的無縫聚合

服務聚合是指通過地理信息公共服務平臺，聚集地理信息資源的數據服務和功能服務，整合各種信息、內容和應用，將不同主體提供的業(yè)務與服務有機地結合在一起，一站式地提供給客戶，從而滿足客戶一體化需求的一種服務能力。基于空間服務的無縫聚合技術，地理信息公共服務平臺解決了不同數據源、異構GIS平臺的服務聚合問題。

4.緩存切片

緩存切片，即地圖緩存，是使網絡地圖運行更快的一種非常有效的方法。基于緩存技術，地理信息公共服務平臺提供基于B/S模式的緩存構建模式，用戶可以自定義緩存參數、可以實時查詢緩存構建狀態(tài)，迅速響應在線地圖請求。

5.支持一鍵抽取的空間數據ETL技術

空間數據ETL，即空間數據的提取、變換和加載功能，提供空間數據整合的解決方案。基于空間數據ETL技術，地理信息公共服務平臺的數據交換系統可以實現對基礎地理信息數據的抽取功能，生成平臺公共地理框架數據，大大減少人力成本并降低物力成本。

6.單點登錄

單點登錄是指用戶在同一臺機器上登錄多個應用系統時，用戶只需要在其中一個應用系統中登錄后，登錄其他的應用系統就不再需要輸入用戶信息，系統將默認該用戶為信任用戶。它包括可以將這次主要的登錄映射到其他應用中用于同一個用戶的登錄機制。

7.負載均衡的集群技術

負載均衡的集群技術，即通過將GIS應用服務器組合起來，為任意數量的應用程序或用戶提供GIS服務，獲得更好的可伸縮性和可用性。基于有效的負載均衡集群架構，地理信息公共服務平臺提供了有效的負載均衡的集群解決方案，根據平臺訪問情況可實時增加負載均衡服務器，以此來解決平臺性能問題。

8.基于RIA富互聯網應用的在線用戶體驗

RIA，即富互聯網應用，是近年發(fā)展非常迅猛的網絡應用技術，既具有交互迅速、體驗良好、功能強大等桌面軟件特性，又享有Web應用的跨平臺、集中管理、快速部署、使用簡單的優(yōu)點，為用戶提供前所未有的、豐富的網絡GIS使用和開發(fā)體驗。RIA可以幫助提供多元化的重要業(yè)務效益，包括提高站點忠誠度、延長網站逗留時間、較頻繁的重復訪問、減少帶寬成本、減少支持求助以及增強客戶關系等。

四、基礎地理信息框架平臺構想

1.總體架構設計

珠江流域基礎地理信息框架平臺采用4層架構體系，由運行支撐層、數據層、服務層和應用層組成，采用分布式的物理架構，見圖1。

2.基礎空間數據庫建庫方案

珠江流域基礎地理信息框架平臺的核心是海量地理空間數據的集成，即要通過各種類型空間數據和屬性數據的有機組合來真實地描述珠江流域，如高分辨率正射影像數據、數字高程模型數據、城市基本要素矢量數據庫、地名數據庫、流域社會經濟數據庫等，并且通過空間元數據庫技術來實現對這些數據庫的組織和索引，從而形成統一的數據庫系統。整個空間數據庫的建庫方案涉及眾多珠江流域基礎地理信息分層分類編碼等標準，以及空間數據引擎一體化存儲管理空間和屬性數據、分布式空間數據庫技術，是整個珠江流域基礎地理信息平臺的基礎之一。

3.元數據平臺方案

為了提高數據共享和交換的效率，還需要采集上述基礎地理信息數據(特別是空間數據)的元數據。元數據是對數據的描述，空間元數據用于描述空間數據的內容、質量、表示方法、空間定位、管理方式及其他特征，它用來組織和管理空間信息，挖掘空間信息資源，幫助數據使用者查詢所需的空間信息，用來建立空間信息的數據目錄，提供數據轉換方面的信息。為了科學地抽取基礎空間數據的元數據組織成元數據庫，并建立相應的元數據平臺來實現對該元數據庫進行集中管理和操作，元數據標準、分布式的元數據平臺的結構和功能也就成為整個珠江流域基礎地理信息平臺的基礎之一。

4.平臺權限和安全管理機制

珠江流域基礎地理信息框架平臺為珠江流域各部門提供一個資源共享的框架。這個框架結構在方便部門間空間信息交換的同時，也帶來了跨部門的用戶管理和跨部門的空間數據資源的管理的問題。原則上，各部門用戶在未授權的情況下只能訪問本部門的數據，不同比例尺的圖形數據的安全級別也不一樣等。這一系列安全機制都需要構建。此外，平臺空間數據在萬維網上的發(fā)布還涉及了公共數據在Internet網絡環(huán)境下的安全問題。跨部門的數據安全和權限的整體解決方案的制定也是整個流域基礎地理信息平臺的基礎之一。

5.框架平臺主要功能設計

珠江流域基礎地理信息框架平臺是搭建一個功能較為強大的基礎地理信息平臺，再通過應用專題來充分展示框架平臺的功能，平臺提供數據接口支持應用部門多方面應用，主要的功能如下：

圖1 平臺總體架構圖

1.多源數據的集成功能

基礎地理空間數據的集成：集成全珠江流域1∶250 000、1∶100 000、1∶50 000 的基礎矢量地圖、TM影像和DEM數據;1∶10 000 DLG、DOM和DEM數據;珠江流域中心線 6 km 寬，1∶2000、1∶10 000 DLG、DOM和DEM數據等的加載工作。充分利用珠江流域歷年在基礎測繪、防洪規(guī)劃測繪、數據庫建設方面的成果以及其他測繪成果資料。

專題地圖數據的集成：集成珠江流域各業(yè)務部門水利信息化建設中的專題數據庫數據及收集的其他專業(yè)地理信息數據，包括水利設施分布、水利工程專題圖、水資源分區(qū)、水環(huán)境專題數據等的加載工作。

統計數據：有選擇地利用近幾年《珠江志》中的數據、珠江流域水利普查的成果數據以及收集整理的有關專題的其他統計數據。

2.基礎空間數據的顯示、查詢和瀏覽功能

該功能包括珠江流域 1∶250 000、1∶100 000、1∶50 000的基礎矢量地圖、TM影像和DEM數據;1∶10 000和1∶2000 DLG、DOM 和 DEM 數據的入庫、疊加、無縫顯示，縮放時自動取舍，多比例尺、多分辨率、多角度的三維地形顯示。

3.專題地圖數據的顯示、查詢和分析

包括各類水利專題圖與基礎矢量和柵格地圖疊加;水利工程、水資源、水環(huán)境等分布圖的顯示和查詢以及主要屬性查詢和簡單的分析功能。

4.專題應用功能

專題應用功能包括：多媒體查詢、圖表顯示、圖查庫、庫查圖、地名查詢;對比分析、統計分析、趨勢與預測分析、分級顯示、統計制圖、地圖查詢、空間分析和綜合分析功能;提供地圖、專題圖、各種統計表格和查詢統計結果打印輸出功能。終端用戶使用IE瀏覽器實現數據顯示和分析查詢等功能。

5.元數據庫管理功能

元數據庫管理功能是對空間數據的元數據庫進行編輯、檢索、查詢、統計、輸出等管理的應用系統，元數據庫包括DLG、數字柵格圖、DEM、DOM、綜合管線數據等各類地理信息的相應的元數據。

6.地理數據發(fā)布功能

主要是通過WebGIS技術及現在日益普及的網絡，將空間數據(地形、影像及規(guī)劃、管線等專題數據)通過Internet/Intranet發(fā)布，向用戶提供基礎地理信息服務。為實現信息共享、政務協同、綜合分析等奠定基礎。

7.三維虛擬現實功能

利用虛擬現實技術及網絡技術，將二維空間數據(地形、影像、數字高程模型及規(guī)劃、設計等專題數據)生成三維虛擬場景，并與珠江流域三維模型相結合，提供珠江流域形態(tài)、水利工程、水庫和大壩建筑的三維瀏覽功能。

8.數據更新與維護功能

提供數據更新功能，實現對數據庫以及各系統的維護工作，方便系統管理員對各個子系統的維護。

五、結束語

建設數字珠江流域基礎地理信息框架平臺將為整個珠江流域管理部門提供統一的地理空間信息和數據訪問服務，從而既避免數據生產的重復投資，又可解決數據之間的相互矛盾問題，而且還使得應用系統的構建有了共同的基礎，為珠江流域的防洪規(guī)劃、防洪調度、災害評估、工程建設、水利信息化提供服務，為珠江水利委員會的各種決策支持系統提供數字化、高質量、標準化的基礎地理信息;使實現珠江流域空間信息數據共享成為可能;為珠江流域水利信息化建設和“數字珠江”提供“一張地圖”服務。因此，數字珠江流域基礎地理信息框架平臺的建設勢在必行，任重而道遠。

［1］龔健雅.基礎地理信息公共服務平臺及關鍵技術［EB/OL］.［2012-04-15］.http：∥news.3snews.net/gundong/20120420/19767-2.shtml.

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［3］李德仁，龔健雅.我國地球空間數據框架的設計思想與技術路線［J］.武漢測繪科技大學學報，1998(4)：297-303.

［4］周曉霞.空間信息共享服務平臺的建設思路，湖北民族學院學報：自然科學版，2009(3)：344-347.